匯合式取樣在提高凝汽器真空度測量準確性
介紹了凝汽器真空度測量系統取樣管在設計和施工中存在的一些問題，以四川廣安發電有限責任公司600MW機組真空度測量為例，論證了采用多點匯合式取樣改造方案的可行性，以提高凝汽器真空度測量準確性。方案實施后，凝汽器測量的準確性得到了提高，方便了運行人員對機組效率的調整，取得了良好的效果。
引言
在凝汽式汽輪機組中，凝汽器是非常重要的設備，它是火力發電廠中實現朗肯循環最基本的設備之一。它的工作性能直接影響整個汽輪機組的安全性、可靠性和經濟性。凝汽器真空度是汽輪機運行的重要指標，也是凝汽器綜合性能的一項主要考核指標，它對機組安全穩定運行、節能降耗有著重要的意義。因此，凝汽器真空度測量的準確與可靠，就顯得尤為重要。
1、取樣存在的問題
1.1、常見的問題
由于凝汽器真空度不同于常見的一般壓力，其測量取樣方法也有其特殊性，測壓點和取樣管路的設計和施工不能等同于常見的壓力測量系統。由于凝汽器是密閉的容器，設計人員在凝汽器真空度測量系統設計時，可能會因考慮不周，設計不夠細致而出現設計不完全合理的現象。有的安裝和施工人員可能會認為，在密閉容器內部，質量檢驗難以發現問題，甚至存在測量儀器只要插入凝汽器內就能測量真空度的僥幸心理，以至于發生不按設計施工、偷工減料的現象，其中，測點安裝不到位、取樣管路長距離水平布置、測量儀表安裝分布不合理等現象尤為明顯。這些設計和施工中存在的問題，會直接影響凝汽器真空度測量的準確性，而凝汽器真空度在汽輪機危急遮斷系統(ETS)保護和旁路控制系統(BPS)保護中，是至關重要的條件，特別是在表征凝汽器綜合性能和節能降耗方面，其準確性要求更高。下面以四川廣安發電有限責任公司600MW機組真空度測量為實例，詳細分析凝汽器真空度測量中存在的具體問題。
1.2、典型案例分析
四川廣安發電有限責任公司三期2×600MW機組采用東方汽輪機廠生產的N600-16.7/538型亞臨界、中間再熱、凝汽式汽輪機。在168h滿負荷試運行中，常出現凝汽器真空度測量值偏低的現象，而排汽溫度和凝結水溫度未見明顯變化，即凝汽器過冷度未增加，凝汽器端差也無明顯變化。
針對這種現象，首先對真空泵進行運行泵和備用泵切換，未發現原運行真空泵系統有異常現象。然后分別檢查了循環水流量和進出水壓力、軸封系統工作壓力及狀況、凝汽器水位、凝汽器放水閥、真空破壞閥、低壓旁路閥等與凝汽器真空度相關的閥門，盡量排除循環水量不足、凝汽器水位過高以及閥門體內漏或破裂對凝汽器真空度的影響。接下來維護人員對凝汽器真空度測量系統的真空變送器進行校驗，未見異常。于是，筆者懷疑可能是軸封系統工作異常或與凝汽器真空度的相關閥體內漏所致，待停機后進一步檢查處理。機組停運后，進入凝汽器檢查真空度測量系統取樣管路和測壓點，發現在設計和施工方面，存在偷工減料、敷衍了事、不遵守相關規范的現象。其凝汽器測量系統取樣管施工情況如圖1所示。由圖1可知，凝汽器真空度測量取樣點在凝汽器中上部，2根取樣管從凝汽器內部引出后，經一次閥、二次閥后分別供給變送器、真空表、真空開關等測量儀表，雖然測量取樣管路少且簡單，施工方便，但明顯存在取樣點位置未在飽和蒸汽區、取樣管路易積水、量儀表分布不利于監視保護動作等問題，這些問題會嚴重影響真空度測量的準確性，從而影響機組運行的經濟性。
圖1 2×600MW機組原A/B凝汽器真空度測量系統取樣管安裝示意圖
在圖1、圖2中:PT為真空變送器，供分散控制系統(DCS)畫面顯示；PA為真空表，供就地顯示；PS1/PS2/PS3為開關，>-79.7kPa，3取2塊關低壓旁路；PS4為開關，>-86.5kPa，輔盤光字牌報警；PS5為開關，>-86.5kPa，真空度低ETS動作選通；PS6/PS7/PS8為開關，>-74.7kPa，3取2ETS動作。
2、多點匯合式取樣方案
2.1、方案的制訂
針對四川廣安發電有限責任公司600MW機組凝汽器真空度測量系統存在的取樣點位置未在飽和蒸汽區、取樣管路易積水、測量儀表分布不合理等問題，在凝汽器真空度測量系統取樣改造方案制訂時，著重從以下3個方面入手。
2.1.1、規范安裝取樣點
凝汽器真空度測量取樣點應在凝汽器的喉部，剛好處于機組排汽的飽和蒸汽區，不要因為施工麻煩，把取樣點隨便安放在凝汽器內，這樣會嚴重影響凝汽器真空度測量的準確性(如圖2所示)。規范的設計和施工應為:在凝汽器的上部安裝支架，把取樣點固定在凝汽器喉部，以保證測量位置的準確性，從而避免出現真空度測量值偏低和凝汽器水位影響的問題。
2.1.2、加裝疏水裝置
由于凝汽器測量取樣點在飽和蒸汽區，真空中帶水嚴重，若取樣管路中無疏水裝置，易出現取樣管路中積水的現象。真空取樣管路集水后，當集水較多時，由于水的張力和水與管壁摩擦力的影響，使得真空度測量產生很大的誤差。由于取樣管路向上傾斜，水在管路中形成的水柱有一向下的重力，故往往會出現測量值比實際值大的現象。當機組真空度實際降低時，由于測量值偏大，會導致機組在高背壓下運行，造成運行人員誤判斷和保護的拒動。
因此，在凝汽器外取樣管引出點處加裝疏水裝置，排水管末端插入凝汽器內的底部，以防止取樣管路積水對測量結果造成影響。
2.1.3、優化儀表分布
在取樣管路上安裝的熱工測量儀表，集中布了報警和保護動作開關，真空表和變送器布置在另一管路上，保護開關取樣管路上無數值監視儀表，在保護開關取樣管路泄漏時，由于監視不力而未得到及時處理，會導致保護誤動或拒動，進而引起汽機跳閘等嚴重后果。另外，由于保護開關同在一條取樣管路上，單一開關需要日常維護和校定，拆裝時存在相互影響的問題，不利于維護和檢修工作的開展。
為了使測量儀表合理布置，增加取樣輸出管路，把汽輪機危急跳閘系統(ETS)跳閘保護和快關旁路的各3個開關分開，布置在不同的輸出管路上，真空變送器和汽輪機危急跳閘系統(ETS)動作選通開關并用1根取樣輸出管路，方案設計如圖2所示。這樣，既方便運行人員對重要保護的監視，也有利于維護和檢修。
2.2、多點匯合式取樣實施
四川廣安發電有限責任公司凝汽器真空度測量改造方案制訂中，充分考慮了上述3個方面的問題，消除了凝汽器真空度測量常出現的測量值偏低的現象。為了進一步提高凝汽器真空度測量的準確性，在現有改造方案的基礎上，充分考慮凝汽器自身的特點，采用多點匯合式取樣，是非常行之有效的方法。多點匯合式取樣是在真空度測量取樣點(凝汽器喉部)同一水平面上布置多個測點，通過取樣管路引出到凝汽器外加裝的匯合筒中匯合，再經過取樣管路從匯合筒中引出真空系統，開關、變送器和真空表安裝在匯合筒引出的取樣管路上。在四川廣安發電有限責任公司600MW機組改造中采用了該方案，設計和施工如圖2所示。
為了提高凝汽器真空度測量的準確性，除了正確設計取樣點外，還采用了多點匯合式取樣方案，該方案是在凝汽器喉部的4個角及其同一水平面上分別安裝1個測壓頭，它通過取樣管下降段、三通管及其取樣管引出點，再經球閥后，匯入匯合筒。在匯合筒內，多個取樣點實現了真空度匯合，從匯合筒中引出真空至熱工測量儀表。在該改造方案中，設計、修正了凝汽器真空度測量因取樣點位置不準確而產生的誤差，提高了凝汽器真空度測量的準確性。另外，該方案還包括在凝汽器內加裝的三通管和下降管，以達到排放凝汽器內部取樣管路疏水的目的，在匯合筒上安裝的排水閥和排水管組成的疏水裝置，能夠收集和排放凝汽器外部取樣管路中形成的疏水，從而避免了真空度取樣管路積水對真空度測量的影響。
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